Lectura sin contacto de resonadores de cristal de cuarzo para aplicaciones de microbalanzas multicanal

Abstract

En el presente trabajo se expone el estado del arte de la exploración sin contacto de un cristal de cuarzo y de las microbalanzas multicanal de cristal de cuarzo, realizando una síntesis de los aspectos más importantes de ambas técnicas. Se propone la utilización de una punta para la lectura sin contacto de múltiples resonadores dispuestos en un cristal monolítico. El sensor puede ser considerado como una modificación del sistema de exploración con punta, en cuyo cristal se han depositado pequeños electrodos para provocar la concentración del campo acústico o considerarse como un sistema multicanal donde se realiza la lectura sin contacto, en lugar de trazar pistas sobre el cristal para ello. Se obtendría así un arreglo de resonadores desacoplados. La punta está formada por un electrodo vivo, pudiendo tener un anillo de guarda excitado activamente. La respuesta frecuencial es leída entre un electrodo común y la punta. Las cargas acústicas a ser detectadas son depositadas sobre el electrodo común en correspondencia espacial con los electrodos pequeños. Se propone un modelo para cada resonador, extensión del modelo de Butterworth-Van Dyke (BVD), al cual se le ha agregado una capacidad en serie para simular el acoplamiento capacitivo. Se obtienen expresiones que muestran la influencia de la capacidad de acoplamiento sobre los parámetros del resonador. Se ha propuesto utilizar la frecuencia de resonancia paralela como frecuencia de referencia para obtener un sistema que tolere variaciones de la distancia entre la punta y el electrodo. En cambio, si la distancia puede ser controlada de manera que permanezca fija al realizar las deposiciones, la frecuencia serie puede ser utilizada. Se diseñó y construyó un prototipo para evaluar el sistema, obteniendo resultados experimentales consistentes con la teoría. Se verificó que el modelo es válido sólo si se utilizan electrodos sobre el resonador. La presencia del mismo provee el efecto fundamental de confinamiento de la energía, y define un equipotencial sobre la superficie del cristal permitiendo realizar un modelo sencillo del sistema. La configuración propuesta solucionaría el problema del encaminamiento de las conexiones en configuraciones con varias decenas de canales, ya que traslada esta tarea fuera de la superficie del cristal donde puede hacerse sin dificultad. También simplificaría el manejo y operación de sistemas de experimentación en ambientes industriales de uso intensivo, ya que no es necesario realizar conexiones eléctricas por contacto físico al situar una nueva oblea de cuarzo. Esta última característica es un interesante atributo del sistema propuesto, independientemente del problema del encaminamiento.